Ιδιότητες Ψυχρής Ροής Προϊόντων Πετρελαίου

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ιδιότητες Ψυχρής Ροής Προϊόντων Πετρελαίου"

Ζηναις Δοξαράς
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Χημικών Μηχανικών Τομέας Σύνθεση & Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διεργασιών & Συστημάτων Εργαστήριο Καυσίμων & Λιπαντικών Εργαστηριακή Άσκηση Ιδιότητες Ψυχρής Ροής Προϊόντων Πετρελαίου Υπεύθυνος: Γ. Αναστόπουλος Δρ Χημικός Μηχανικός

Εργαστήριο Καυσίμων & Λιπαντικών Εργαστηριακή Άσκηση Ιδιότητες

2 Θεωρητικό Μέρος Ιδιότητες Ροής σε Χαμηλές Θερμοκρασίες Οι παραφινικές ενώσεις είναι επιθυμητές στα ντήζελ λόγω της πολύ καλής ποιότητας ανάφλεξής τους. Η ύπαρξη όμως μεγαλομορίων παραφίνης παρουσιάζει το πρόβλημα του διαχωρισμού της σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Ο διαχωρισμός αυτός προκαλεί προβλήματα στο σύστημα διανομής του καυσίμου και είναι ανεπιθύμητος. Η λειτουργικότητα ενός οχήματος ακόμη σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες είναι απαραίτητη και γι' αυτό το λόγο, το πρόβλημα της ροής σε χαμηλές θερμοκρασίες αντιμετωπίζεται με χρήση καταλλήλων προσθέτων. Για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων ροής σε χαμηλές θερμοκρασίες υπάρχουν τόσο στατικές όσο και δυναμικές μέθοδοι μέτρησης. Σημείο Θόλωσης Το σημείο θόλωσης είναι η υψηλότερη θερμοκρασία στην οποία παρατηρείται διαχωρισμός κρυστάλλων παραφίνης από το καύσιμο, όταν αυτό ψυχθεί κάτω από ειδικές συνθήκες (ASTM D 25). Η μέθοδος δίνει τα πιο απαισιόδοξα αποτελέσματα, καθώς η εμφάνιση των πρώτων κρυστάλλων δεν περιορίζει τη δυνατότητα ροής του καυσίμου. Σημείο Ροής Το σημείο ροής δίνει τη θερμοκρασία στην οποία ο διαχωρισμός παραφίνης είναι τόσο έντονος που δεν επιτρέπει στο καύσιμο να είναι ρευστό, όταν ψυχθεί κάτω από ειδικές συνθήκες (ASTM D-97). H μέθοδος έχει πολύ μικρή ακρίβεια και ευρέα όρια επαναληψιμότητας και αναπαραγωγισιμότητας. Το πρόβλημα με το σημείο θόλωσης και το σημείο ροής είναι ότι δίνουν δύο ακραίες θερμοκρασίες. Το σημείο θόλωσης υποεκτιμά τις ιδιότητες ψυχρής ροής του καυσίμου, ενώ αντίθετα το σημείο ροής τις υπερεκτιμά. Αυτό μπορεί να φανεί στο Σχήμα 5.13, όπου φαίνεται ότι τα καύσιμα ήταν λειτουργικά σε θερμοκρασίες χαμηλότερες του σημείου θόλωσης, αλλά έπαυαν να είναι σε θερμοκρασίες υψηλότερες του σημείου ροής. Σαν όριο λειτουργικότητας ορίζεται η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία παρατηρείται ικανοποιητική λειτουργία του κινητήρα. Λειτουργικότητα Οχήματος ( C) 1 Χωρίς Βελτιωτικό Ροής Με Βελτιωτικό Ροής Σημείο Θόλωσης ( C) Σημείο Ροής ( C) Λειτουργικότητα οχήματος συναρτήσει του σημείου θόλωσης και του σημείου ροής του καυσίμου

Ο διαχωρισμός αυτός προκαλεί προβλήματα στο σύστημα διανομής του καυσίμου και είναι ανεπιθύμητος.

3 Σημείο Απόφραξης Ψυχρού Φίλτρου Η αδυναμία του σημείου θόλωσης και του σημείου ροής να προβλέψουν την ικανότητα ροής σε χαμηλές θερμοκρασίες έκανε επιτακτική την ανάγκη ύπαρξης μίας δυναμικής μεθόδου δοκιμής που θα προσομοιάζει τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Το σημείο απόφραξης ψυχρού φίλτρου (cold filter plugging point, CFPP) χρησιμοποιείται ευρέως στην Ευρώπη γι' αυτό το σκοπό (IP 39). Στη μέθοδο αυτή, το καύσιμο εξαναγκάζεται να περάσει από ένα φίλτρο καθώς ψύχεται. Μετριέται η τελευταία θερμοκρασία στην οποία ποσότητα 2 ml καυσίμου μπορεί να περάσει μέσω του φίλτρου σε λιγότερο από 6 sec, κάτω από τις συνθήκες της μεθόδου. Η σχέση του σημείου απόφραξης ψυχρού φίλτρου με τη λειτουργικότητα δίνεται στο επόμενο Σχήμα. Λειτουργικότητα Οχήματος ( C) Χωρίς Βελτιωτικό Ροής Με Βελτιωτικό Ροής CFPP ( C) Λειτουργικότητα οχήματος συναρτήσει του σημείου απόφραξης ψυχρού φίλτρου του καυσίμου Σχέση υπολογισμού σημείου ροής μιγμάτων Χρησιμοποιείται η σχέση: xi PPBIi PPi PPB xi PPBIi όπου: PP i = σημείο ροής συστατικού i ( C) PPBI i = συντελεστής ανάμιξης σημείου ροής συστατικού i x i = αναλογία ανάμιξης συστατικού i στο τελικό μίγμα ( 1) PP B = σημείο ροής μίγματος ( C) Οι συντελεστές ανάμιξης προκύπτουν από τις σχέσεις: Αποστάγματα (ντήζελ): PPBI exp( PP) Υπολείμματα (μαζούτ): PPBI exp( PP) όπου: PP = σημείο ροής σε K ( C )

Στη μέθοδο αυτή, το καύσιμο εξαναγκάζεται να περάσει από ένα φίλτρο καθώς ψύχεται.

4 Πειραματική Μέτρηση Πειραματική διάταξη : Σημείο Ροής Σημείο Θόλωσης Προετοιμασία : Το υγρό που θα δοκιμάσουμε πρέπει να θερμανθεί τουλάχιστον 15 C πάνω από το κατά προσέγγιση Σ.Θ. Εάν υπάρχει υγρασία, θα πρέπει να απομακρυνθεί με κάποια από τις κατάλληλες μεθόδους, π.χ. με διήθηση σε ξηρό ηθμό, ώστε το υγρό να γίνει τελείως διαυγές. Η διήθηση αυτή θα πρέπει να γίνει σε θερμοκρασία τουλάχιστον 15 C πάνω από το κατά προσέγγιση Σ.Θ. Το διαυγές υγρό πρέπει να μπει στο δοκιμαστικό σωλήνα της συσκευής μέχρι ύψος mm. Ο δοκιμαστικός σωλήνας, θα μπορούσε να χαραχθεί ώστε να δείχνει την επιθυμητή στάθμη. Ο δοκιμαστικός σωλήνας πρέπει να κλείσει καλά με το πώμα από φελλό, το οποίο θα πρέπει να φέρει το θερμόμετρο κατακόρυφα και κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αγγίζει τον πυθμένα του δοκιμαστικού σωλήνα για μέτρηση του σημείου θόλωσης ενώ για το σημείο ροής η αρχή του τριχοειδούς πρέπει να βρίσκεται 3mm κάτω από την επιφάνεια του υγρού.

Το διαυγές υγρό πρέπει να μπει στο δοκιμαστικό σωλήνα της συσκευής μέχρι ύψος 51 57 mm. Ο δοκιμαστικός σωλήνας, θα μπορούσε να χαραχθεί ώστε να δείχνει την επιθυμητή στάθμη.

5 ιαδικασία : Ο δοκιμαστικός σωλήνας τοποθετείται μέσα σε λουτρό ψύξης. Η θερμοκρασία του ψυκτικού λουτρού πρέπει να διατηρείται από 1 C εώς 2 C. Ο δοκιμαστικός σωλήνας στηρίζεται σταθερά σε κατακόρυφη θέση μέσα στο λουτρό και έτσι ώστε να μην προεξέχει πάνω από 25 mm από την επιφάνεια του ψυκτικού λουτρού. Περίπου ανά 1 C βγάζουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα γρήγορα και χωρίς ανατάραξη από το λουτρό, τον παρατηρούμε για θόλωμα και τον επανατοποθετούμε μέσα στο λουτρό. Η όλη διαδικασία πρέπει να ολοκληρώνεται σε 3 sec. Εάν δεν παρατηρήσουμε θόλωμα όταν η θερμοκρασία του δείγματος φτάσει στους 1 C, θα πρέπει να τοποθετήσουμε το δείγμα στο δεύτερο λουτρό που έχει θερμοκρασία 18 C εώς 15 C. Εάν το υγρό δεν παρουσιάσει θόλωμα όταν η θερμοκρασία του φτάσει στους 7 C, τότε πρέπει να τοποθετήσουμε το δείγμα στο τρίτο λουτρό που έχει θερμοκρασία 34 C εώς 32 C. Όταν παρατηρήσουμε το πρώτο σαφές θόλωμα ή ομίχλη στο υγρό, προς τη βάση του δοκιμαστικού σωλήνα, τότε αυτήν τη θερμοκρασία αναφέρουμε ως Σημείο Θόλωσης. Όταν το υγρό έχει ψυχθεί αρκετά και έχει αρχίσει ο σχηματισμός κρυστάλλων παραφίνης, πρέπει να δώσουμε μεγάλη προσοχή ώστε να μην αναταραχθεί το υγρό, ούτε να κουνηθεί το θερμόμετρο. Οποιαδήποτε ανατάραξη του σπογγώδους πλέγματος της παραφίνης οδηγεί σε ανακριβή αποτελέσματα. Αρχίζοντας από θερμοκρασία 11 C πάνω από το αναμενόμενο Σημείο Ροής και παρατηρώντας το σωλήνα κάθε 3 C, βγάζουμε με προσοχή το σωλήνα από το λουτρό και τον γέρνουμε ελαφρά για να παρατηρήσουμε εάν το υγρό εξακολουθεί να ρέει. Όλη αυτή η διαδικασία πρέπει να γίνεται σε λιγότερο από 3 sec. Εάν το υγρό δεν έχει σταματήσει να ρέει σε θερμοκρασία 1 C, τότε βάζουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα στο δεύτερο λουτρό, που έχει θερμοκρασία 18 C εώς 15 C. Εάν το υγρό εξακολουθεί να ρέει στους 7 C, τότε πρέπει να βάλουμε το δείγμα στο τρίτο λουτρό που έχει θερμοκρασία 34 C εώς 3 C. ηλαδή, ο δοκιμαστικός σωλήνας μεταφέρεται σε ψυχρότερο λουτρό, όταν η θερμοκρασία του υγρού διαφέρει κατά 28 C από τη θερμοκρασία του νέου λουτρού. Σε καμία, όμως, περίπτωση δεν πρέπει να βάλουμε το δείγμα κατευθείαν στο πιο ψυχρό λουτρό. Μόλις το υγρό σταματήσει να ρέει καθώς γέρνουμε το σωλήνα, τότε τον κρατάμε οριζόντιο για 5 sec (χρονομετρούμε ακριβώς) και τον παρατηρούμε προσεκτικά. Εάν το υγρό κινηθεί μέσα στα 5 sec, τότε επανατοποθετούμε το δοκιμαστικό σωλήνα μέσα στο λουτρό και επαναλαμβάνουμε τη δοκιμή μόλις η θερμοκρασία πέσει κατά 3 C. Η δοκιμή επαναλαμβάνεται κατ αυτόν τον τρόπο, μέχρι το υγρό να σταματήσει τελείως να κινείται, καθώς κρατάμε το σωλήνα σε οριζόντια θέση για 5 sec ακριβώς. Τότε καταγράφουμε την ένδειξη του θερμομέτρου και αναφέρουμε ως Σημείο Ροής τη θερμοκρασία που είναι κατά 3 C μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία που καταγράψαμε.

Περίπου ανά 1 C βγάζουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα γρήγορα και χωρίς ανατάραξη από το λουτρό, τον παρατηρούμε για θόλωμα και τον επανατοποθετούμε μέσα στο λουτρό.

Σχετικά έγγραφα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΙΞΩΔΕΣ ΔΙΑΦΑΝΩΝ ΚΑΙ ΑΔΙΑΦΑΝΩΝ ΥΓΡΩΝ (ASTM D 445, IP 71)

ΘΕΩΡΙΑ Ιξώδες ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΟ ΙΞΩΔΕΣ ΔΙΑΦΑΝΩΝ ΚΑΙ ΑΔΙΑΦΑΝΩΝ ΥΓΡΩΝ (ASTM D 445, IP 71) Το ιξώδες είναι η ιδιότητα που έχει ένα ρευστό να παρουσιάζει αντίσταση κατά τη ροή του, ως αποτέλεσμα